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Sicherheitstechnische Komplettlösung

Bild 1. Kombinierte Sicherheitslösungen aus sicherer Sensorik und Steuerung garantieren ein optimales Zusammenspiel aller Komponenten ohne Schnittstellenprobleme

Bild 2. Klein und flexibel in der Montage – der magnetische Sicherheitsschalter „PSENmag“

Bild 3. Die optoelektronischen Schutzeinrichtungen „PSENopt“ sichern den Zugang zum Arbeitsprozess und erhöhen gleichzeitig die Produktivität

Wirtschaftliche Automatisierungs- und Sicherheitskonzepte sorgen in Montage- und Klebelinien dafür, dass Produk-tionsabläufe automatisiert und damit effizient ablaufen. Integrierte Automatisierungs- und Sicherheitslösungen können dabei Herstellern von Sondermaschinen eine Hilfe sein, wenn sie richtig konzipiert werden. Optimal aufeinander abgestimmte Sicherheitssensorik und konfigurierbare Steuerungssysteme in Verbindung mit dezentralen Modulen in der Peripherie vermeiden Schnittstellenprobleme und bieten Vorteile für Hersteller und Betreiber gleichermaßen.

SIM Automation, seit 1992 ein Tochterunternehmen der Julius Thyssen Beteiligungsgesellschaft Mülheim an der Ruhr, hat sich auf kundenspezifische Montage-, Handling- und Inspektionssysteme spezialisiert. Im vergangenen Jahr erhielt die Gesellschaft den Auftrag, eine automatisierte Applikation zu entwickeln, die Siliziumblöcke so aufbereitet, dass sich diese anschließend auf rationelle Art und Weise in dünne Scheiben zersägen und zu leistungsfähigen Solarwafern weiterverarbeiten lassen. Damit aus dem silbrig glänzenden Quader zahlreiche stromproduzierende Plättchen werden, sind mehrere Bearbeitungs- und Prozessschritte notwendig.
Im gegebenen Fall war eine Montage- und Klebelinie gefordert, die Siliziumblöcke zuverlässig mit einem Werkstückträger sowie einem sogenannten Glasbeam verbindet. Bis dahin hatte man diesen Prozessschritt weitgehend manuell gelöst. Diese recht einfach klingende Aufgabenstellung erfordert dennoch einiges an Konstruktions-, Handling- und Prozesskenntnissen. Gemeinsam mit dem Automatisierungsspezialisten Pilz entwickelte SIM Automation ein überzeugendes und wirtschaftliches Automatisierungs- und Sicherheitskonzept. Dabei fügen vier per Umlaufsystem miteinander verkettete Stationen schrittweise Werkstückträger, Glasbeam und Siliziumblöcke zusammen. Parallel dazu sorgen diverse Mess- und Prüfverfahren für präzise Abläufe und ein hochwertiges Endprodukt.

Integriertes Sicherheitskonzept bietet Vorteile
Alle Stationen sind passiv mit Schutzzäunen vor unbeabsichtigten Eingriffen oder umherfliegenden Teilen – also gefährlichen Bewegungsabläufen – gesichert. Dennoch sind auch bei dieser Anlage nach der gültigen Maschinenrichtlinie sämtliche Gefährdungspotenziale zu detektieren und entsprechend zu behandeln. Bei der Anlage können Gefahren insbesondere im Bereich der manuell zu bedienenden Zu- und Abführmagazine sowie im Bereich zweier Schutztüren auftreten. „Wie bei vielen anderen Aufträgen hat uns der Kunde hier ins Lastenheft geschrieben, bei Standard und Sicherheit effiziente Lösungen und Konzepte von Pilz einzusetzen“, sagt Stephan Dornieden, Steuerungstechniker bei SIM Automation. Das Unternehmen arbeitet bereits seit vielen Jahren eng mit dem Komplettanbieter für Standard- und Sicherheitsautomatisierung zusammen.
Ein integriertes Sicherheitskonzept (Bild 1) sorgt an der Anlage dafür, dass weder Personen noch die Maschine durch unbeabsichtigte Handlungen Schaden nehmen. Zum Einsatz kommen magnetische Sicherheitsschalter PSENmag (Bild 2), die dank platz- und zeitsparender Installation besonders wirtschaftlich sind, sowie mechanische Sicherheitsschalter PSENmech mit Zuhaltung per Federkraftverriegelung. In Verbindung mit dem Sicherheitsriegel PSENbolt stellen sie eine sichere Komplettlösung für Schutztüren dar. Die Kombination aus Sicherheitsschalter, Türgriff und Riegel eignet sich besonders für Schutztüren, die häufig geöffnet und wieder geschlossen werden, da hier der Betätiger beim Einführen in den Betätigungskopf des Schalters mechanisch geführt wird. Die optoelektronische Schutzeinrichtung PSENopt (Bild 3) sichert darüber hinaus gegen ein unbeabsichtigtes Eingreifen in den Gefahrenbereich.

Konfigurierbare Steuerung überwacht Sicherheit
Für das übergeordnete Sicherheitsmanagement ist das frei konfigurierbare Steuerungssystem PNOZmulti zuständig, das eine Vielzahl der früher üblichen Sicherheitsrelais, Schaltungen und Verdrahtungen ersetzt. Es erfasst sämtliche sicherheitsrelevanten Signale, die an den vier Stationen über die dezentrale Peripherie PDP in der Schutzart IP67 eingesammelt und der zentralen Auswerteeinheit im Schaltschrank zur Verfügung gestellt werden.
In Station 1 ist der Werkstückträger mit dem Glasbeam, die jeweils über vier schubladenartige Magazine zugeführt werden, zu verkleben. Dadurch kann der im Inneren der Station hantierende 6-Achs-Roboter durchgängig arbeiten, selbst wenn gerade eines der Magazine ausgezogen sein sollte. Der berührungslos wirkende, magnetische Sicherheitsschalter PSENmag signalisiert dann den Status „geöffnet“. In diesem Stadium kann der Roboter auf diese Lade nicht zugreifen.
Bei einer ausgezogenen Magazinschublade für Werkstückträger entsteht nun faktisch eine Eingriffsmöglichkeit in den Gefahrenbereich des Roboters. Die an der Vorderseite des Magazins angebrachten magnetischen Sicherheitsschalter signalisieren die Öffnung und aktivieren gleichzeitig die im hinteren Teil angebrachte optoelektronische Schutzeinrichtung 1 PSENopt, also das Lichtgitter. Dieses würde das Eingreifen etwa einer Hand sofort erkennen und den Roboter in den sicheren Halt fahren. Ohne Eingriff kann der jedoch ungehindert auf die geschlossenen Laden zugreifen und unterbrechungsfrei Werkstückträger aufnehmen.

Sichere Mensch-Roboter-Interaktion
Dasselbe gilt im Prinzip für die vier ausziehbaren Glasbeam-Magazine: Hat der Roboter die Werkstückträger in Position gebracht und über eine vollautomatisch ausgewechselte Dispens-Einheit Klebstoff aufgetragen, greift er nun auf jene Glasbeam-Magazine zu, die geschlossen sind. Über „offen“ oder „geschlossen“ geben in diesem Fall zwei korrespondierende Sicherheitsschalter PSENmag an beiden Enden der Schublade Auskunft über den Status.
Sind Werkstückträger und Glasbeam miteinander verbunden, fährt ein Shuttle das Zwischenprodukt zu Station 2. Dort übernimmt ein Rundschalttisch mit vier Bearbeitungsplätzen das Vermessen, das Prüfen, das Reinigen und schließlich das Verbinden der Siliziumblöcke mit der Einheit aus Werkstückträger und Glasbeam. Die zu bearbeitenden Siliziumquader stellt ein Bediener regelmäßig über eine Schutztür bereit. Diese Tür ist mit einer Kombination aus mechanischer Zuhaltung PSENmech und dem Sicherheitsriegel PSENbolt gesichert. „Hier muss tatsächlich ein Riegel mechanisch geführt werden. Ohne vorherige Anmeldung im System ist der Zugang nicht möglich“, erläutert S. Dornieden.
In der Bearbeitungsstation 2 werden je nach Größe zwei bis drei Siliziumblöcke auf einem Glasbeam positioniert und dauerhaft verbunden. Danach fahren die Blöcke in die Zwischenablage. In Station 3 durchläuft das Konglomerat eine Ofenstrecke. In Station 4, kühlen die Blöcke ab und werden über ein Portalhandling-System ausgeschleust. Nach einer finalen Kontrolle übergibt ein Portalhandlingsystem diese über eine Wendestation auf einen Transportwagen, wo ein Bediener sie über eine Zugangstür, die wie bei Station 2 mit einer Kombination aus PSENmech und PSENbolt gesichert ist, abholt.

Komplettsystem spart Zeit und Platz
„Aufgrund der räumlichen Ausdehnung der Anlage hat uns hier die Kombination aus leistungsfähiger Sensorik und Steuerung, also PNOZmulti mit den in der Peripherie eingesetzten PDP-Modulen, viele Vorteile gebracht: Wir konnten weitgehend auf separate Schaltkästen und Installationsgefäße verzichten. Weil fast alles einfach gesteckt wird, haben wir eine Menge Kabel- und Verdrahtungsaufwand gespart. Darüber hinaus sind die Diagnosemöglichkeiten für den Kunden einfach überzeugend“, fasst S. Dornieden zusammen. Verschiedene Sicherheitssensoren lassen sich mit unterschiedlicher Wirkung über ein Modul erfassen. Durch die selektive Erfassung der Sicherheitsgeber im PDP ist eine Einzeldiagnose leicht möglich.
„Wir haben inzwischen ein recht genaues Bild davon, wie wir mit dem Portfolio von Pilz unsere Maschinen und Anlagen optimieren können. Gemeinsam mit Pilz verfolgen wir das Ziel, unseren Kunden ausgereifte Automatisierungslösungen zu bieten“, sagt S. Dornieden. Eine vertrauensvolle Projektpartnerschaft, die auch in Zukunft die Grundlage weiterer Zusammenarbeit ist.

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Autor: Tilo Schmidt arbeitet im Technischen Büro Dresden der Pilz GmbH & Co. KG in Ostfildern.